CN201788222U - 一种交直流兼容的隔离型电压采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种交直流兼容的隔离型电压采样电路，该电路主要由限流电路、电源电路、增益控制电路、第一运算放大器、光电隔离放大电路以及输出驱动电路构成，其中电源电路采用隔离电源来实现，确保输入端的信号不会串扰到其它电路，增加了系统的可靠性。主要解决了现有技术在大测量范围下容易对低压电路产生影响或者无法实现交、直流电压同时测量的技术问题，该交直流兼容的隔离型电压采样电路可靠性好，测量精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种隔离型电压采样电路，具体涉及一种交直流兼容的隔离型电压采样电路。
背景技术
目前，普遍应用的电力参数测量仪器仪表，其测量范围很大，往往从10V到1000V。对于高电压的测量，常用的测量方式一般分为两种：1)串联电阻限流电路；2)传统的互感器隔离。
上述两种方式均是将高电压信号转换为低电压信号后，输入仪表的模拟信号调理电路，再进行A/D转换，最终得到数字信号。
通过串联电阻限流电路，只是对被测信号的输入电流做了衰减，前端高压信号经过大电阻限流后，变为微弱的电流信号，该电流信号输至模拟电路，此时对于输入的高压没有进行物理隔离，如果应用不当，可能烧毁后面的低压电路等敏感元件。
通过传统的互感器隔离，这种电磁隔离方式只能通过一定频率范围的交流信号，线性度，隔离度，相位差等指标都不够好，并且体积大，此种测量方式无法测量直流电压，具有一定的局限性。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种交直流兼容的隔离型电压采样电路，主要解决了现有技术在大测量范围下容易对低压电路产生影响或者无法实现交、直流电压同时测量的技术问题。
本实用新型针对上述技术问题的技术解决方案如下：
一种交直流兼容的隔离型电压采样电路，包括限流电路，其特殊之处在于：所述限流电路的输入端连接有电源电路，限流电路的输出端分别与第一运算放大器的负输入端、增益控制电路的输入端电连接；所述第一运算放大器的输出端分别与增益控制电路的输出端和光电隔离放大电路的输入端电连接；所述光电隔离放大电路的输出端与输出驱动电路的正输入端电连接；所 述输出驱动电路的输出端分别与A/D转换器和该输出驱动电路的负输入端电连接。
以上所述的电源电路采用隔离的电源供电。
以上所述的光电隔离电路包括第二运算放大器、线性光电隔离元件和第三运算放大器；所述第二运算放大器的负输入端与第一运算放大器的输出端电连接，第二运算放大器的输出端与线性光电隔离元件的一端电连接；所述线性光电隔离元件的另一端与第三运算放大器的正输入端电连接，所述第三运算放大器的输出端与输出驱动电路的输入端电连接。
以上所述的增益控制电路中应用控制器控制电子开关实现测量量程的切换。
以上所述限流电路的输入端串联有兆欧级电阻。本实用新型的优点在于：
1)测量精度高：本实用新型采用增益控制电路使得测量范围可调，从而保证了测量精度。
2)可靠性好：本实用新型提供的电源电路采用隔离的电源供电，增加了交直流兼容的隔离型电压采样电路工作的可靠性。
附图说明
图1 为本实用新型电路原理方框图；
图2a为本实用新型信号变换过程中输入的被测电压图；
图2b为本实用新型信号变换过程中经限流电路限流后的电压图；
图2c为本实用新型信号变换过程中经驱动电路以后输出的电压图；
图3为本实用新型光电隔离电路图。
具体实施方式
参见图1，交直流兼容的隔离型电压采样电路主要由限流电路、电源电路、增益控制电路、第一运算放大器、光电隔离放大电路以及输出驱动电路构成，其中电源电路采用隔离电源来实现，确保输入端的信号不会串扰到其它电路，增加了系统的可靠性。
限流电路的输入端与电源电路电连接，限流电路的输出端分别与第一运算放大器的负输入端、增益控制电路的输入端电连接。同时，限流电路的输入端还串接有一个兆欧级电阻，以使输入信号衰减到模拟器件可以承受的范 围。
第一运算放大器的输出端分别与增益控制电路的输出端和光电隔离放大电路的输入端电连接；光电隔离放大电路的输出端与输出驱动电路的正输入端电连接；输出驱动电路的输出端分别与A/D转换器和该输出驱动电路的负输入端电连接。
其中增益控制电路实现量程切换功能。通过微控制器控制电子开关，切换适合的量程，实现更高的测量精度。
光电隔离放大电路用来放大这个模拟信号，使之能驱动光电隔离器，输出线性变化的信号。参见图3，该光电隔离放大电路由第二运算放大器、第三运算放大器和线性光电隔离元件组成，具有非常高的隔离电压和线性。并且可以测量直流信号，应用范围非常广泛。该电路通过线性光电元件对高压输入端和信号处理电路进行隔离，这种光电隔离方式克服了电磁隔离的固有缺点。具有线性度好，隔离度高，频率响应范围宽，体积小的特点，并且能测量直流信号。从而提高整个产品的性能。
输出驱动电路选用集成运算放大器能将这个信号进一步放大到合适的范围，并提高其负载能力，可以直接接入后面的A/D转换器。
本实用新型的工作原理在于被测电压经过限流电路中电阻网络限流以后，衰减为一个微弱的电流信号，通过增益控制电路，可以进一步调整到合适的范围。然后这个信号经过放大器，驱动光电元件，输出一个与输入信号呈线性变化关系的信号。再通过运放组成的射随器输出。具有输入范围宽，输出负载低的特点。电路的增益可调，保证在不同的量程下都有比较高的测量精度。光电隔离元件的前端处于正偏置状态，没有死区，保证了良好的线性。
信号变换的流程为：1)输入的被测电压，参见图2a；2)经限流电路限流后的电压，参见图2b；3)经驱动电路以后输出的电压，参见图2c。
上述三个电压信号的选取不同的参考地。其中1)输入的被测电压和2)经限流电路限流后的电压选取参考地是被测信号的地即EGND；3)经驱动电路以后输出的电压选取的参考地是模拟信号的参考地即AGND；隔离这两个参考地可以提高模拟信号的抗干扰性。
Claims (5)
1.一种交直流兼容的隔离型电压采样电路，包括限流电路，其特征在于：所述限流电路的输入端连接有电源电路，限流电路的输出端分别与第一运算放大器的负输入端、增益控制电路的输入端电连接；所述第一运算放大器的输出端分别与增益控制电路的输出端和光电隔离放大电路的输入端电连接；所述光电隔离放大电路的输出端与输出驱动电路的正输入端电连接；所述输出驱动电路的输出端分别与A/D转换器和该输出驱动电路的负输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种交直流兼容的隔离型电压采样电路，其特征在于：所述的电源电路采用隔离的电源供电。
3.根据权利要求1或2所述的一种交直流兼容的隔离型电压采样电路，其特征在于：所述的光电隔离电路包括第二运算放大器、线性光电隔离元件和第三运算放大器；所述第二运算放大器的负输入端与第一运算放大器的输出端电连接，第二运算放大器的输出端与线性光电隔离元件的一端电连接；所述线性光电隔离元件的另一端与第三运算放大器的正输入端电连接，所述第三运算放大器的输出端与输出驱动电路的输入端电连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种交直流兼容的隔离型电压采样电路，其特征在于：所述的增益控制电路中应用控制器控制电子开关实现测量量程的切换。
5.根据权利要求1或2所述的一种交直流兼容的隔离型电压采样电路，其特征在于：所述限流电路的输入端串联有兆欧级电阻。
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| CN102998502A (zh) * | 2012-12-06 | 2013-03-27 | 陈实 | 高隔离耐压型双向信号传感器 |
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